DE102017111607B4

DE102017111607B4 - Imaging device, data glasses and method for generating an image from an initial image in data glasses

Info

Publication number: DE102017111607B4
Application number: DE102017111607.9A
Authority: DE
Inventors: Günter Rudolph; Hans-Jürgen Dobschal; Matthias Hillenbrand
Original assignee: Tooz Technologies GmbH
Current assignee: Tooz Technologies GmbH
Priority date: 2017-05-29
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: US20200116907A1; DE102017111607A1; EP3631562A1; US11573355B2; WO2018219816A1

Abstract

Abbildungsvorrichtung für eine Datenbrille zum Generieren eines virtuellen Bildes aus einem Ausgangsbild, welches in wenigstens zwei Ausgangs-Teilbilder aufgeteilt ist, wobei die Abbildungsvorrichtung umfasst:- eine Bildgeberelementanordnung (1) mit einer Anzahl von Bildgeberelementen (1bis 1), auf denen eine entsprechende Anzahl von Ausgangs-Teilbildern dargestellt wird,- eine der Anzahl von Bildgeberelementen (1bis 1) entsprechende Anzahl von Abbildungskanälen, die jeweils wenigstens eine bildformende Reflektionsfläche (27bis 27) und/oder wenigstens eine bildformende Refraktionsfläche (25bis 25, 29bis 29) umfassen, wobei jeder der Abbildungskanäle einem der Bildgeberelemente (1bis 1) zugeordnet ist und eines der Ausgangs-Teilbilder überträgt, und- ein allen Abbildungskanälen gemeinsames Brillenglas (5), über das die Abbildungskanäle in Richtung auf ein Betrachterauge gelenkt werden, wobei die bildformenden Reflektionsflächen (27bis 27) und/oder Refraktionsflächen (25bis 25, 29bis 29) der Abbildungskanäle Flächen eines an dem Brillenglas (5) angeordneten Prismas (3) sind.Imaging device for data glasses for generating a virtual image from an initial image which is divided into at least two initial partial images, the imaging device comprising: an imaging element arrangement (1) with a number of imaging elements (1 to 1) on which a corresponding number of Output partial images is displayed, - one of the number of image generator elements (1 to 1) corresponding number of imaging channels, each of which comprises at least one image-forming reflection surface (27 to 27) and / or at least one image-forming refraction surface (25 to 25, 29 to 29), each of the Imaging channels is assigned to one of the imaging elements (1 to 1) and transmits one of the output partial images, and a spectacle lens (5) common to all imaging channels, via which the imaging channels are directed towards a viewer's eye, the image-forming reflection surfaces (27 to 27) and / or refraction surfaces (25 to 25, 29 to 29) of the imaging channels are surfaces of a prism (3) arranged on the spectacle lens (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung sowie eine Datenbrille und ein Verfahren zum Generieren eines Bildes aus einem Ausgangsbild in einer Datenbrille.The present invention relates to an imaging device as well as data glasses and a method for generating an image from an initial image in data glasses.

Ein Beispiel für eine Datenbrille ist in DE 10 2013 223 963 A1 beschrieben. In dieser Datenbrille wird das Bild eines Bildgebers über einen prismatischen Ansatz in ein Brillenglas eingekoppelt, von dem es zu einer im Brillenglas angeordneten Auskopplungsstruktur geleitet wird, welche den Abbildungsstrahlengang in Richtung auf das Auge eines die Datenbrille tragenden Nutzers auskoppelt. Dabei kann der prismatische Ansatz mit dem Brillenglas ein einstückig ausgebildetes Teil bilden, beispielsweise indem es mit dem Brillenglas zusammen hergestellt wird, oder das Brillenglas und der prismatische Ansatz werden getrennt hergestellt und anschließend miteinander verkittet. Der prismatische Ansatz kann aber auch separat im Brillengestell der Datenbrille angeordnet sein.An example of data glasses is in DE 10 2013 223 963 A1 described. In these data glasses, the image of an imager is coupled into a spectacle lens via a prismatic attachment, from which it is guided to a decoupling structure arranged in the spectacle lens, which decouples the imaging beam path in the direction of the eye of a user wearing the data glasses. The prismatic attachment can form an integral part with the spectacle lens, for example by being manufactured together with the spectacle lens, or the spectacle lens and the prismatic attachment are manufactured separately and then cemented together. The prismatic attachment can, however, also be arranged separately in the spectacle frame of the data glasses.

Die Abbildung und optische Korrekturen der Abbildung erfolgen dabei Hauptsächlich durch Freiformflächen des prismatischen Ansatzes, deren Größe - und damit die Größe des prismatischen Ansatzes - im Wesentlichen von der geforderten Größe der Eyebox und den gewünschten Feldwinkeln abhängen. Unter der Eyebox ist dabei derjenige dreidimensionale Bereich der Lichtröhre im Abbildungsstrahlengang, in dem sich die Augenpupille bewegen kann, ohne dass eine Vignettierung des Bildes erfolgt, zu verstehen. Da bei einer Datenbrille der Abstand des Auges in Bezug auf die Datenbrille im Wesentlichen konstant ist, kann die eigentlich dreidimensionale Eyebox auf eine zweidimensionale Eyebox, die lediglich die Drehbewegungen des Auges berücksichtigt, reduziert werden. In diesem Fall entspricht die Eyebox im Wesentlichen der Austrittspupille der Datenbrille am Ort der Eintrittspupille des Auges. Letztere ist in der Regel durch die Augenpupille gegeben.The imaging and optical corrections of the imaging take place mainly through free-form surfaces of the prismatic attachment, the size of which - and thus the size of the prismatic attachment - essentially depend on the required size of the eyebox and the desired field angles. The eyebox is to be understood as that three-dimensional area of the light tube in the imaging beam path in which the eye pupil can move without the image being vignetted. Since the distance of the eye in relation to the data glasses is essentially constant in the case of data glasses, the actually three-dimensional eyebox can be reduced to a two-dimensional eyebox that only takes into account the rotational movements of the eye. In this case, the eyebox essentially corresponds to the exit pupil of the data glasses at the location of the entry pupil of the eye. The latter is usually given by the pupil of the eye.

Eine große Eyebox geht dabei in der Regel mit großen Abmessungen des prismatischen Ansatzes einher, da bei einer großen Eyebox für die geforderte optische Abbildungsqualität große abbildende Flächen, das heißt große Reflexionsflächen und große Refraktionsflächen nötig sind.A large eyebox usually goes hand in hand with large dimensions of the prismatic approach, since with a large eyebox large imaging surfaces, that is, large reflective surfaces and large refractive surfaces, are necessary for the required optical imaging quality.

Aus DE 10 2013 207 257 A1 ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, die als Datenbrille ausgebildet sein kann und in der ein großes Gesichtsfeld mit einem großen Sehwinkel bereitgestellt wird. Dies geschieht, indem die das Bild anzeigende Bildgebereinheit mehrere Abschnitte aufweist, die jeweils nur einen örtlichen Teilbereich des abzubildenden Bildes erzeugen. Außerdem ist in einer der Bildgebereinheit nachgeordneten Abbildungsoptik jedem Abschnitt der Bildgebereinheit ein separater Abbildungskanal zugeordnet, in dem jeweils ein Abbildungselement der Abbildungsoptik angeordnet ist. Die Abbildung über die Abbildungskanäle erfolgt dabei so, dass die virtuellen Teilbilder zusammen ein virtuelles Bild formen, welches ein Benutzer wahrnehmen kann. Auf diese Weise können die Linsendurchmesser der in der Abbildungsoptik aus DE 10 2013 207 257 A1 verwendeten Linsen verringert werden.Out DE 10 2013 207 257 A1 a display device is known which can be designed as data glasses and in which a large field of view with a large viewing angle is provided. This is done by the imaging unit displaying the image having a plurality of sections which each generate only a local sub-area of the image to be imaged. In addition, in an imaging optics downstream of the imaging unit, each section of the imaging unit is assigned a separate imaging channel, in which an imaging element of the imaging optics is arranged. The imaging via the imaging channels takes place in such a way that the virtual partial images together form a virtual image which a user can perceive. In this way, the lens diameter can be seen in the imaging optics DE 10 2013 207 257 A1 lenses used are reduced.

Aus der DE 10 2012 205 164 A1 ist ein Projektionsdisplay bekannt, das einen Bildgeber zu Darstellen von Teilbildern in einer zweidimensionalen Verteilung von Teilbereichen des Bildgebers und eine Projektionsoptikanordnung mit eine zweidimensionalen Verteilung von Projektionsoptiken umfasst. Die Projektionsoptikanordnung ist konfiguriert, um Projektionen der Teilbilder in einer Bildebene zu einem Gesamtbild so zu überlagern, dass paarweise einen gegenseitige flächenmäßige Überlappung der Projektion der Teilbilder in der Bildebene resultiert. Die gegenseitige flächenmäßige Überlappung liegt zwischen 0,1 und 0,8, insbesondere zwischen 0,2 und 0,8.From the DE 10 2012 205 164 A1 a projection display is known which comprises an image generator for displaying partial images in a two-dimensional distribution of partial areas of the image generator and a projection optics arrangement with a two-dimensional distribution of projection optics. The projection optical arrangement is configured to superimpose projections of the partial images in an image plane to form an overall image in such a way that, in pairs, the projection of the partial images in the image plane is mutually overlapping. The mutual surface overlap is between 0.1 and 0.8, in particular between 0.2 and 0.8.

Aus der US 2013/0187836 A1 ist ein geneigtes, hochauflösendes Weitwinkel-Head-Mounted-Display bekannt, das eine Mehrzahl an Prismen mit Freiformflächen und Mehrzahl an Mikrodisplays aufweist. Die Zahl an Prismen ist mit der Zahl an Mikrodisplays identisch, und jedes Prisma bildet zusammen mit einem zugeordneten Mikrodisplay einen Abbildungskanal.From the US 2013/0187836 A1 an inclined, high-resolution wide-angle head-mounted display is known which has a plurality of prisms with free-form surfaces and a plurality of microdisplays. The number of prisms is identical to the number of microdisplays, and each prism together with an associated microdisplay forms an imaging channel.

Die WO 2016/118640 A1 beschreibt eine Displayvorrichtung mit einer Mehrzahl an optischen Kanälen, wobei jeder Kanal wenigstens eine Mikrolinse zum Erzeugen eines oder mehrerer Teilbilder eines oder mehrerer entsprechender auf einem Display dargestellter reeller Teilbilder, die jeweils mit dem entsprechenden optischen Kanal assoziiert sind, aufweist.The WO 2016/118640 A1 describes a display device with a plurality of optical channels, each channel having at least one microlens for generating one or more partial images of one or more corresponding real partial images shown on a display, which are each associated with the corresponding optical channel.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine gegebene Eyebox und für gegebene Feldwinkel eine Abbildungsvorrichtung für eine Datenbrille zur Verfügung zu stellen, die kompakt ausgebildet werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bei gegebener Eyebox und gegebenen Feldwinkeln kompakte Datenbrille zur Verfügung zu stellen. Schließlich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Generieren eines Bildes aus einem Ausgangsbild in einer Datenbrille zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht bei einer gegebenen Eyebox und gegebenen Feldwinkeln eine kompakte Ausgestaltung der Abbildungsvorrichtung der Datenbrille zu realisieren.It is an object of the present invention to provide an imaging device for data glasses for a given eyebox and for a given field angle which can be made compact. In addition, it is an object of the present invention to provide data glasses that are compact for a given eyebox and given field angles. Finally, it is an object of the present invention to provide a method for generating an image from an initial image in data glasses, which makes it possible to implement a compact design of the imaging device of the data glasses for a given eyebox and given field angles.

Die genannten Aufgaben werden durch eine Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, durch eine Datenbrille nach Anspruch 10 und durch ein Verfahren zum Generieren eines Bildes nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The stated objects are achieved by an imaging device according to claim 1, by data glasses according to claim 10 and by a method for generating an image according to claim 11. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Eine erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung für eine Datenbrille generiert ein Bild aus einem Ausgangsbild, welches in wenigstens zwei Ausgangs-Teilbilder aufgeteilt ist. Die Abbildungsvorrichtung umfasst:

- eine Bildgeberelementanordnung mit einer Anzahl von Bildgeberelementen, auf denen eine entsprechende Anzahl von Ausgangs-Teilbildern dargestellt wird,
- eine der Anzahl von Bildgeberelementen entsprechende Anzahl von Abbildungskanälen, die jeweils wenigstens eine bildformende Reflektionsfläche und/oder wenigstens eine bildformende Refraktionsfläche umfassen, wobei jeder der Abbildungskanäle einem der Bildgeberelemente zugeordnet ist und eines der Ausgangs-Teilbilder überträgt, und
- ein allen Abbildungskanälen gemeinsames Brillenglas, über das die Abbildungskanäle in Richtung auf ein Betrachterauge gelenkt werden.

An imaging device according to the invention for data glasses generates an image from an initial image which is divided into at least two initial partial images. The imaging device includes:

an image generator element arrangement with a number of image generator elements on which a corresponding number of output partial images is displayed,
a number of imaging channels corresponding to the number of imaging elements, each comprising at least one image-forming reflection surface and / or at least one image-forming refraction surface, each of the imaging channels being assigned to one of the imaging elements and transmitting one of the output partial images, and
- A spectacle lens common to all imaging channels, via which the imaging channels are directed in the direction of a viewer's eye.

Die erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die bildformenden Reflektionsflächen und/oder Refraktionsflächen der Abbildungskanäle Flächen eines an dem Brillenglas angeordneten Prismas sind.The imaging device according to the invention is characterized in that the image-forming reflection surfaces and / or refraction surfaces of the imaging channels are surfaces of a prism arranged on the spectacle lens.

Durch die Ausgestaltung der bildformenden Reflexions- und/oder Refraktionsflächen als Flächen eines an dem Brillenglas angeordneten Prismas können die Reflexionsflächen und/oder Refraktionsflächen für eine gegebene Eyebox und gegebene Feldwinkel besonders kompakt ausgestaltet werden. Durch die mehreren Abbildungskanäle werden verschiedene Ausgangs-Teilbilder des Ausgangsbildes in verschiedene Bereiche der Eyebox abgebildet, so dass mittels aller Ausgangs-Teilbilder die Eyebox komplett gefüllt wird. Aufgrund der durch die Aufteilung reduzierten Öffnungswinkel der durch die einzelnen Abbildungskanäle übertragenen Strahlenbündel können die Krümmungsradien der bildformenden Reflexionsflächen und/oder Refraktionsflächen im Vergleich zu einem Strahlenbündel mit einem großen Öffnungswinkel, wie es bei der gegebenen Eyebox und den gegebenen Feldwinkeln im Falle der Übertragung des gesamten Bildes durch einen einzigen Abbildungskanal der Fall wäre, reduziert werden. Durch die im Vergleich zur Übertragung des Abbildungsstrahlengangs über einen einzigen Abbildungskanal verringerten Krümmungsradien sind die entsprechenden Flächen leichter mit hoher optischer Qualität herzustellen.By designing the image-forming reflection and / or refraction surfaces as surfaces of a prism arranged on the spectacle lens, the reflection surfaces and / or refraction surfaces can be made particularly compact for a given eyebox and given field angle. Through the multiple imaging channels, different output partial images of the output image are mapped in different areas of the eyebox, so that the eyebox is completely filled by means of all output partial images. Due to the reduced opening angle of the beam bundles transmitted through the individual imaging channels due to the division, the radii of curvature of the image-forming reflection surfaces and / or refraction surfaces compared to a beam bundle with a large opening angle, as is the case with the given eyebox and the given field angles in the case of the transmission of the entire Image through a single imaging channel would be reduced. Due to the reduced radii of curvature in comparison to the transmission of the imaging beam path via a single imaging channel, the corresponding surfaces can be produced more easily with high optical quality.

Die Ausgangs-Teilbilder wenigstens zweier Bildgeberelemente können Bildausschnitte des Ausgangsbildes mit teilweise überlappenden Bildbereichen darstellen, wobei die überlappenden Bildbereichen über wenigstens zwei verschiedene Abbildungskanäle übertragen werden. Auf diese Weise kann die Anzahl an Bildgeberelementen relativ gering gehalten werden. Es ist vorteilhaft, wenn am Rande der Bildgeberelementanordnung gelegene Bildgeberelemente eine kleinere Bildgeberfläche aufweisen als weiter im Zentrum der Bildgeberelementanordnung gelegene Bildgeberelemente. Dabei stellen am Rand der Bildgeberelementanordnung gelegene Bildgeberelemente kleinere Bildausschnitte des Ausgangsbildes dar als weiter im Zentrum der Bildgeberelementanordnung gelegene Bildgeberelemente. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass trotz des Überlapps der Bildbereiche von auf unterschiedlichen Bildgeberelementen dargestellten Bildausschnitten eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung im vom Nutzer wahrgenommenen virtuellen Bild vorhanden ist. Dabei kann insbesondere ein zentrales Bildgeberelement vorhanden sein, das als Bildausschnitt das gesamte Ausgangsbild darstellt.The output partial images of at least two image generator elements can represent image details of the output image with partially overlapping image areas, the overlapping image areas being transmitted via at least two different imaging channels. In this way, the number of imaging elements can be kept relatively small. It is advantageous if the image generator elements located on the edge of the image generator element arrangement have a smaller image generator area than image generator elements located further in the center of the image generator element arrangement. In this case, image generator elements located at the edge of the image generator element arrangement represent smaller image sections of the output image than image generator elements located further in the center of the image generator element arrangement. In this way it can be achieved that, despite the overlap of the image areas of the image details displayed on different image generator elements, there is a uniform distribution of brightness in the virtual image perceived by the user. In particular, a central image generator element can be present that represents the entire output image as an image section.

In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung ist die Bildgeberelementanordnung durch eine Anzahl separater Bildgeber gebildet, wobei jeder der separaten Bildgeber ein Bildgeberelement der Bildgeberelementanordnung bildet. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Bildgeberelementanordnung dagegen durch einen einzigen Bildgeber gebildet, wobei die Bildgeberelemente Bildgeberbereiche des Bildgebers sind, auf denen jeweils ein anderes der Ausgangs-Teilbilder dargestellt wird.In a first embodiment of the imaging device according to the invention, the image generator element arrangement is formed by a number of separate image generators, each of the separate image generators forming an image generator element of the image generator element arrangement. In an alternative embodiment, however, the image generator element arrangement is formed by a single image generator, the image generator elements being image generator areas of the image generator on each of which a different one of the output partial images is displayed.

In der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung kann das das Prisma eine der Bildgeberelementanordnung zugewandte Prismaeingangsfläche und eine einer Brillenglaseingangsfläche des Brillenglases zugewandte Prismaausgangsfläche umfassen, wobei die Abbildungskanäle über die Prismaausgangsfläche aus dem Prisma ausgekoppelt und über die Brillenglaseingangsfläche in das Brillenglas eingekoppelt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn jeder Abbildungskanal einen Abschnitt der Prismaeingangsfläche und einen Abschnitt der Prismaausgangsfläche als bildformende Refraktionsflächen umfasst und für jeden Abbildungskanal eine sich zwischen seinem Abschnitt der Prismaeingangsfläche und seinem Abschnitt der Prismaausgangsfläche gelegene bildformende Reflektionsfläche vorhanden ist. Zudem kann jeder Abbildungskanal auch einen Abschnitt der Brillengalseingangsfläche als bildformende Refraktionsfläche umfassenIn the imaging device according to the invention, the prism can comprise a prism input surface facing the imaging element arrangement and a prism output surface facing a spectacle lens input surface of the spectacle lens, the imaging channels being decoupled from the prism via the prism output surface and coupled into the spectacle lens via the spectacle lens input surface. It is advantageous if each imaging channel comprises a section of the prism input surface and a section of the prism output surface as image-forming refraction surfaces and if there is an image-forming reflection surface between its section of the prism input surface and its section of the prism output surface for each imaging channel. In addition, each imaging channel can also comprise a section of the spectacle lens input surface as an image-forming refraction surface

Eine erfindungsgemäße Datenbrille umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung. Wenn mit der Datenbrille für beide Augen eines Betrachters je ein virtuelles Bild generiert werden soll, kann die Datenbrille auch zwei erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtungen - je eine für jedes Auge - umfassen.Data glasses according to the invention comprise at least one imaging device according to the invention. If a virtual image is to be generated with the data glasses for both eyes of a viewer, the data glasses can also comprise two imaging devices according to the invention - one for each eye.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Generieren eines Bildes aus einem Ausgangsbild in einer eine erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung umfassenden Datenbrille zur Verfügung gestellt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Ausgangsbild in eine Anzahl von Ausgangs-Teilbilder aufgeteilt. Zum Generieren des virtuellen Bildes wird dann jedes der Ausgangs-Teilbilder über einen eigenen im Prisma gebildeten Abbildungskanal übertragen. Wenigstens zwei Ausgangs-Teilbilder können dabei Bildausschnitte des Ausgangsbildes mit überlappenden Bildbereichen darstellen, so dass die überlappenden Bildbereiche der Bildausschnitte über wenigstens zwei verschiedene Abbildungskanäle übertragen werden. Dabei ist es wie bereits mit Bezug auf die Abbildungsvorrichtung ausgeführt worden ist, vorteilhaft, wenn am Rand des Ausgangsbildes gelegene Ausgangs-Teilbilder kleinere Bildausschnitte des Ausgangsbildes darstellen als weiter im Zentrum des Ausgangsbildes gelegene Ausgangs-Teilbilder. Ein zentrales Ausgangs-Teilbild kann insbesondere als Bildausschnitt das gesamte Ausgangsbild darstellen.According to the invention, a method for generating an image from an initial image in data glasses comprising an imaging device according to the invention is also provided. In the method according to the invention, an output image is divided into a number of output partial images. To generate the virtual image, each of the output partial images is then transmitted via its own imaging channel formed in the prism. At least two output partial images can represent image sections of the output image with overlapping image areas, so that the overlapping image areas of the image sections are transmitted via at least two different imaging channels. As already explained with reference to the imaging device, it is advantageous if output partial images located at the edge of the output image represent smaller image sections of the output image than output partial images located further in the center of the output image. A central output partial image can in particular represent the entire output image as an image section.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Vorteile wurden bereits mit Bezug auf die erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung beschrieben. Auf diesen Teil der Beschreibung wird daher verwiesen.The advantages that can be achieved with the method according to the invention have already been described with reference to the imaging device according to the invention. Reference is therefore made to this part of the description.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

1 zeigt die wesentlichen Flächen einer Datenbrille, bei der der Abbildungsstrahlengang über Reflexion an der Brillenglasinnenfläche und der Brillenglasaußenfläche zu einem Auskoppelelement geleitet wird, von dem der Strahlengang in Richtung auf das Auge eines die Datenbrille tragenden Nutzers ausgekoppelt wird.
2 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung die Datenbrille aus 1 und die die Eyebox definierende Lichtröhre.
3 zeigt eine weitere Vereinfachung der Darstellung der Datenbrille aus 2.
4 zeigt eine Darstellung der Datenbrille aus 3 mit einer verkleinerten bildformenden Fläche.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Abbildungsvorrichtung für eine Datenbrille in einer stark schematisierten Darstellung.
6 zeigt die Abbildungsvorrichtung aus 5 zusammen mit dem Strahlengang für eine Pupillenposition im Zentrum der Eyebox.
7 zeigt die Abbildungsvorrichtung aus 5 zusammen mit einem Strahlengang für eine Pupillenposition am Rand der Eyebox.
8 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Übertragung verschiedener Bildausschnitte eines Ausgangsbildes bei Verwendung gleich großer Bildgeberelemente.
9 zeigt die Übertragung verschiedener Bildausschnitte eines Ausgangsbildes bei Verwendung von Bildgeberelementen unterschiedlicher Größe.
10 zeigt in einer schematischen Darstellung die relevanten Flächen einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung für eine Datenbrille.

Further features, properties and advantages of the present invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.

1 shows the essential surfaces of data glasses in which the imaging beam path is guided via reflection on the inner surface of the lens and the outer surface of the lens to a decoupling element from which the beam path is coupled out in the direction of the eye of a user wearing the data glasses.
2 shows the smart glasses in a highly schematic representation 1 and the light pipe defining the eyebox.
3 shows a further simplification of the representation of the data glasses 2 .
4th shows a representation of the data glasses 3 with a reduced image-forming area.
5 shows an imaging device according to the invention for data glasses in a highly schematic representation.
6th shows the imaging device 5 together with the beam path for a pupil position in the center of the eyebox.
7th shows the imaging device 5 together with a beam path for a pupil position at the edge of the eyebox.
8th shows a representation to explain the transmission of different image sections of an output image when using image generator elements of the same size.
9 shows the transmission of different image sections of an original image when using image generator elements of different sizes.
10 shows in a schematic representation the relevant surfaces of an imaging device according to the invention for data glasses.

1 zeigt die für die Abbildung, Lichtleitung sowie die Ein- und Auskopplung des Abbildungsstrahlengangs relevanten Flächen einer Abbildungsoptik für eine Datenbrille nach Stand der Technik. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind die Körperkanten des Brillenglases und des prismatischen Teils der Abbildungsvorrichtung weggelassen. Außerdem sind die Hauptstrahlen des Abbildungsstrahlengangs für die Eckpunkte und das Zentrum des Bildgebers dargestellt. 1 shows the surfaces of an imaging optics for data glasses according to the state of the art that are relevant for imaging, light conduction and coupling and decoupling of the imaging beam path. For the sake of clarity, the body edges of the spectacle lens and of the prismatic part of the imaging device have been omitted. In addition, the main rays of the imaging beam path for the corner points and the center of the imaging device are shown.

Die in 1 dargestellte Abbildungsvorrichtung umfasst einen Bildgeber 1, auf dem ein Ausgangsbild dargestellt wird, auf dessen Basis mit Hilfe der Abbildungsvorrichtung ein virtuelles Bild generiert werden soll, das von einem Träger der Datenbrille als vor seinen Augen im Raum schwebend wahrgenommen werden kann. Die Abbildungsvorrichtung umfasst ein Prisma 3 und ein Brillenglas 5. Ausgehend vom Bildgeber tritt der Abbildungsstrahlengang, der in der Figur durch die von den Eckpunkten und dem Zentrum des Bildgebers 1 ausgehenden Hauptstrahlen repräsentiert ist, über eine Prismaeingangsfläche 7 in das Prisma 3 ein. Im Inneren des Prismas 3 wird er über drei Reflexionsflächen 9, 11 und 13 in Richtung auf die Außenfläche 15 des Brillenglases 5 reflektiert. Unter mehrfacher Reflexion der Hauptstrahlen zwischen der Brillenglasaußenfläche 15 und der Brillenglasinnenfläche 17 wird der Strahlengang schließlich zu einem Auskoppelelement 19 des Brillenglases 5 geleitet, von wo er durch einen Abschnitt 18 der Brillenglasinnenfläche hindurch in Richtung auf das Auge des die Datenbrille tragenden Nutzers ausgekoppelt wird. Das Auge ist in 1 nicht dargestellt. Allerdings ist die Eyebox 21 dargestellt, welche denjenigen Bereich repräsentiert, in dem sich die Augenpupille bewegen kann, ohne dass eine Vignettierung des Bildes wahrgenommen wird.In the 1 The illustrated imaging device comprises an imager 1 , on which an output image is displayed, on the basis of which a virtual image is to be generated with the aid of the imaging device, which the wearer of the data glasses can perceive as floating in space in front of his eyes. The imaging device includes a prism 3 and a lens 5 . The imaging beam path, which in the figure passes through the corner points and the center of the imager, starts from the imager 1 outgoing main rays is represented, via a prism input surface 7th into the prism 3 one. Inside the prism 3 it will have three reflective surfaces 9 , 11 and 13 towards the outer surface 15th of the lens 5 reflected. With multiple reflection of the main rays between the outer surface of the lens 15th and the inner surface of the lens 17th the beam path finally becomes a decoupling element 19th of the lens 5 headed from where he went through a section 18th the inner surface of the spectacle lens is decoupled in the direction of the eye of the user wearing the data glasses. The eye is in 1 not shown. However, the eyebox is 21st which represents the area in which the Eye pupil can move without vignetting the image being perceived.

In der in 1 dargestellten Abbildungsvorrichtung nach Stand der Technik sind die Prismaeingangsfläche 7 sowie die Reflexionsflächen 9, 11 und 13 des Prismas als Freiformflächen ausgebildet, die zur Bildformung des virtuellen Bildes beitragen. Im Folgenden werden diese daher als bildformende Flächen bezeichnet.In the in 1 The prior art imaging device shown is the prism input surface 7th as well as the reflective surfaces 9 , 11 and 13 of the prism designed as freeform surfaces that contribute to the image formation of the virtual image. In the following, these are therefore referred to as image-forming surfaces.

Zur besseren Veranschaulichung ist die Abbildungsvorrichtung aus 1 in 2 aufgefaltet und mit Paraxiallinsen anstelle der Freiformflächen dargestellt. In 2 ist zudem die Augenupille 23 angedeutet. Die optischen Anforderungen an die Freiformflächen des Prismas 3 entsprechen in etwa den optischen Anforderungen an die Linsenflächen eines leistungsfähigen Okulars. Die Darstellung aus 2 verdeutlicht, dass eine erhebliche Baulänge des Prismas nötig ist, um eine qualitativ hochwertige Abbildung in der gesamten Eyebox 21 zu erreichen.For better illustration, the imaging device is off 1 in 2 unfolded and shown with paraxial lenses instead of the free-form surfaces. In 2 is also the eye pupil 23 indicated. The optical requirements for the free-form surfaces of the prism 3 correspond roughly to the optical requirements for the lens surfaces of a powerful eyepiece. The representation from 2 shows that a considerable length of the prism is necessary to get a high quality image in the whole eyebox 21st to reach.

Zwar wäre es theoretisch möglich, die optische Wirkung der Freiformflächen 7 bis 13 mit einer einzigen Fläche 9' (siehe 3) zu erreichen und so die Baulänge des Prismas 3 zu verringern, jedoch wäre dann die von dieser Fläche 9' herbeizuführende Strahlablenkung deutlich größer als die von den einzelnen Flächen 7 bis 13 herbeizuführenden Strahlablenkungen. Dies würde zu erheblich höheren Anforderungen an die Fläche 9' als an die Flächen 7 bis 13 führen, was den Herstellungsaufwand sehr stark erhöht und dadurch die praktische Umsetzung dieser Lösung verhindert. Für eine praktische Umsetzung müssten die Anforderungen an die optische Qualität der Fläche 9' verringert werden, was lediglich dadurch erreicht werden könnte, dass das Öffnungsverhältnis der abbildenden Fläche 9' deutlich reduziert wird. Da sich bei vorausgesetzten Abbildungsverhältnissen im Hinblick auf die Eyebox, die Feldwinkel, die Brennweite und die Korrektur der Abbildung die Brennweite der Linse 9' nicht ändern darf, bleibt nämlich nur die Möglichkeit, ihren freien Querschnitt zu reduzieren, wie dies in 4 dargestellt ist. Bei einer Reduzierung des freien Durchmessers der bildformenden Fläche (in 4 nun bildformende Fläche 9") würde jedoch die Eyebox 21 nicht mehr vollständig gefüllt, so dass Bildinhalte verlorengehen würden. Wie aus 4 ersichtlich ist, würde ein Beobachter, dessen Augenpupille 23 sich in Zentrum der Eyebox 21 befindet, nur den zentralen Teil des auf dem Bildgeber 1 dargestellten Ausgangsbildes erkennen. Um auch die Ränder des Ausgangsbildes erkennen zu können, müsste der Beobachter seine Augenpupille 23 zum Rand der Eyebox 21 verlagern.It would be theoretically possible to use the optical effect of the freeform surfaces 7th to 13 with a single face 9 ' (please refer 3 ) and so the length of the prism 3 to be reduced, but then that of this area would be 9 ' The beam deflection to be caused is significantly greater than that of the individual surfaces 7th to 13 the deflections caused by the beam. This would lead to considerably higher demands on the area 9 ' than to the surfaces 7th to 13 lead, which increases the manufacturing effort and thus prevents the practical implementation of this solution. For a practical implementation, the requirements for the optical quality of the area would have to be 9 ' can be reduced, which could only be achieved by changing the aperture ratio of the imaging surface 9 ' is significantly reduced. Given the assumed imaging conditions with regard to the eyebox, the field angle, the focal length and the correction of the image, the focal length of the lens 9 ' may not change, the only option is to reduce its free cross-section, as shown in 4th is shown. When reducing the free diameter of the image-forming surface (in 4th now image-forming surface 9 " ) would however be the eyebox 21st no longer completely filled, so that image content would be lost. How out 4th can be seen, would an observer whose eye pupil 23 in the center of the eyebox 21st located only the central part of the on the imager 1 recognize the output image shown. In order to be able to recognize the edges of the original image, the observer would have to use his pupil 23 to the edge of the eyebox 21st relocate.

Um das nicht vollständige Ausfüllen der Eyebox zu vermeiden, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung mehrere bildformende Einzelflächen 9₁ bis 9₅ über den Querschnitt der bildformenden Fläche 9' aus 3 verteilt. Außerdem wird der Bildgeber 1 in mehrere Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ aufgeteilt. Diese Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ stellen Bildausschnitte des Ausgangsbildes mit teilweise überlappenden Bildbereichen dar. Die Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ können dabei wie in 5 dargestellt eine Anzahl separater Bildgeber 1₁ bis 1₅ sein, die zusammen eine Bildgeberelementanordnung bilden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, als Bildgeberelementanordnung einen einzigen Bildgeber vorzusehen, der so groß ist wie die Bildgeberelementanordnung aus 5 und der Bildgeberbereiche aufweist, welche den Bildgeberelementen 1₁ bis 1₅ aus 5 entsprechen und auf denen jeweils ein anderes Ausgangs-Teilbild dargestellt ist. Auch eine Kombination dieser beiden Ausführungsvarianten ist möglich. Diese Bildgeberbereiche können dabei durch Bildgeberbereiche, auf denen keine Ausgangs-Teilbilder dargestellt werden, getrennt sein. Die Bildgeberbereiche, auf denen keine Ausgangs-Teilbilder dargestellt werden, entsprechen dann den Bereichen zwischen den separaten Bildgebern 1₁ bis 1₅ aus 5.In order to avoid incomplete filling of the eyebox, within the scope of the present invention, several image-forming individual areas 9 ₁ to 9 _{5 are created} over the cross-section of the image-forming area 9 ' out 3 distributed. Also becomes the imager 1 divided into several image generator elements 1 ₁ to 1 ₅ . These image generator elements 1 ₁ to 1 ₅ represent image details of the output image with partially overlapping image areas. The image generator elements 1 ₁ to 1 ₅ can, as in FIG 5 be shown a number of separate image generator 1 ₁ to 1 ₅ , which together form an image generator element arrangement. However, there is also the possibility of providing a single image generator as the image generator element arrangement which is as large as the image generator element arrangement 5 and the imager areas comprising the imager elements 1 ₁ to 1 ₅ 5 and on each of which a different output partial image is shown. A combination of these two design variants is also possible. These image generator areas can be separated by image generator areas on which no output partial images are displayed. The imager areas on which no initial part images are displayed, then correspond to the areas between the separate image sensors 1 ₁ to 1 ₅ from 5 .

Wenn die Bildgeberelementanordnung aus einer Anzahl von separaten Bildgeberelementen 1₁ bis 1₅ besteht, können diese wie in 5 dargestellt entweder in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein oder, falls es beispielsweise die Anforderungen an den Bauraum nicht zulassen, die Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ alle in einer Ebene anzuordnen, in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein. Im letzteren Fall können dann Umlenkelemente vorhanden sein, mit denen die von den einzelnen Bildgeberelementen 1₁ bis 1₅ ausgehenden Strahlengänge zueinander ausgerichtet werden.If the imaging element arrangement consists of a number of separate imaging elements 1 ₁ to 1 ₅ , these can be as shown in FIG 5 shown either be arranged in a common plane or, if, for example, the requirements of the installation space do not allow the imaging elements 1 ₁ to 1 _{5 to be arranged} all in one plane, be arranged in different planes. In the latter case the deflection elements can then be present, with which the outgoing from the individual image transmitter elements 1 ₁ to 1 ₅ beam paths are aligned with each other.

In der in 5 dargestellten Abbildungsvorrichtung sind so viele bildformende Flächen 9₁ bis 9₅ vorhanden, wie Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ vorhanden sind. Die von den einzelnen Bildgebern 1₁ bis 1₅ dargestellten Ausgangs-Teilbilder werden dann über getrennte Abbildungskanäle abgebildet. So wird das auf dem Bildgeberelement 1₁ dargestellte Ausgangs-Teilbild von der bildformenden Fläche 9₁ abgebildet, das auf dem Bildgeberelement 1₂ dargestellte Ausgangs-Teilbild von der bildformenden Fläche 9₂, das von dem Bildgeberelement 1₃ dargestellte Ausgangs-Teilbild von der bildformenden Fläche 9₃ und so weiter. Mit anderen Worten, jedes Ausgangs-Teilbild wird über einen anderen Abbildungskanal übertragen. Dies ermöglicht es, die gesamte Eyebox auszufüllen, wobei die Anforderungen an die Flächen 9₁ bis 9₅ jeweils erheblich geringer sind als die Anforderungen, die an eine Fläche 9', wie sie in 3 dargestellt ist, zu stellen wären.In the in 5 There are as many image-forming areas 9 ₁ to 9 _{5 as} there are image generator elements 1 ₁ to 1 ₅ . The initial part images represented by the individual image sensors 1 ₁ to 1 ₅ are then mapped via separate imaging channels. Thus, the imaged initial part image displayed on the imaging element 1 ₁ of the image forming surface 9 _1, the initial part image displayed on the imaging element 1 ₂ of the image forming surface 9 _2, represented by the imaging element 1 ₃ output field image forming of the Area 9 ₃ and so on. In other words, each output partial image is transmitted via a different imaging channel. This makes it possible to fill out the entire eyebox, the requirements for the areas 9 ₁ to 9 _{5 being} considerably less than the requirements for an area 9 ' as in 3 is to be asked.

Bei der in 5 dargestellten Abbildungsvorrichtung werden die zur Abbildung beitragenden Strahlenbündel je nach Position der Augenpupille 23 in der Eyebox 21 durch unterschiedliche Abbildungskanäle übertragen. Dies ist in den 6 und 7 dargestellt, wobei 6 eine Augenpupille 23 im Zentrum der Eyebox sowie die zugehörigen Übertragungskanäle und 7 eine Augenpupille 23 am Rand der Eyebox 21 sowie die zugehörigen Übertragungskanäle zeigt.At the in 5 The illustrated imaging device are the bundles of rays that contribute to the imaging, depending on the position of the eye pupil 23 in the eyebox 21st transmitted through different imaging channels. This is in the 6th and 7th shown, where 6th an eye pupil 23 in the center of the eyebox as well as the associated transmission channels and 7th an eye pupil 23 on the edge of the eyebox 21st as well as the associated transmission channels.

Wie den 5 und bis 7 zu entnehmen ist, weisen am Rand der Bildgeberelementanordnung gelegene Bildgeberelemente 1₁, 1₅ kleinere Bildgeberflächen auf als im Zentrum der Bildgeberelementanordnung gelegene Bildgeberelemente wie etwa das Bildgeberelement 1₃. Die Bildgeberflächen der Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ nehmen dabei von der Mitte der Bildgeberelementanordnung zu deren Rand hin ab. Dadurch kann erreicht werden, dass das über mehrere Abbildungskanäle übertragene Bild in der gesamten Eyebox 21 dieselbe Bildhelligkeit aufweist. Dies soll nachfolgend anhand von 8 näher erläutert werden. 8 zeigt ein Ausgangsbild, das mehrere Bildbereiche A, B und C zeigt. Die Bildbereiche A; B und C sind im Ausgangsbild disjunkt. Wenn nun von zwei gleich großen Bildgeberelementen I, II jeweils ein Ausgangs-Teilbild mit einem die Bildbereiche A, B zeigenden Bildausschnitt (Bildgeberelement I) und einem die Bildbereiche B, C zeigenden Bildausschnitt (Bildgeberelement II) dargestellt und über zwei zugeordnete Abbildungskanäle übertragen werden, wird der Bildausschnitt B sowohl über den dem Bildgeberelement I zugeordneten Abbildungskanal als auch über den dem Bildgeberelement II zugeordneten Abbildungskanal übertragen. Die Bildbereiche A und C werden dagegen lediglich von dem dem Bildgeberelement I zugeordneten Abbildungskanal bzw. von dem dem Bildgeberelement II zugeordneten Abbildungskanal übertragen. Dies hat zur Folge, dass der zentrale Bildbereich B von einem Nutzer der Datenbrille heller wahrgenommen wird als die am Rand gelegenen Bildbereiche A und C. Um dies zu vermeiden, nehmen in der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung die Bildgeberflächen der Bildgeberelemente 1₁ bis 1₅ zum Rand der Bildgeberelementanordnung hin ab. Wie in 9 gezeigt ist, kann dadurch erreicht werden, dass alle Bildausschnitte A, B, C über gleich viele Abbildungskanäle übertragen werden, nämlich der Bildausschnitt A über die den Bildgeberelementen I und II zugeordneten Abbildungskanäle, der Bildausschnitt B über die den Bildgeberelementen II und III zugeordneten Abbildungskanäle und der Bildausschnitt C über die in Bildgeberelementen III und IV zugeordneten Abbildungskanäle. Jeder Bildausschnitt wird somit über zwei Abbildungskanäle übertragen, so dass jeder Bildausschnitt vom Nutzer der die Abbildungsvorrichtung enthaltenden Datenbrille gleich hell wahrgenommen wird.Like that 5 and up to 7, image generator elements 1 ₁ , 1 ₅ located at the edge of the image generator element arrangement have smaller image generator areas than image generator elements such as image generator element 1 ₃ located in the center of the image generator element arrangement. The image generator surfaces of the image generator elements 1 ₁ to 1 ₅ decrease from the center of the image generator element arrangement towards its edge. It can thereby be achieved that the image transmitted via several imaging channels is in the entire eyebox 21st has the same image brightness. This is to be done below using 8th are explained in more detail. 8th shows an output image showing a plurality of image areas A, B and C. The image areas A; B and C are disjoint in the original image. If an output partial image with an image section showing the image areas A, B and an image section showing the image areas B, C (image generator element II) are now displayed from two image generator elements I, II of the same size and transmitted via two assigned image channels, the image section B is transmitted both via the imaging channel assigned to the imaging element I and via the imaging channel assigned to the imaging element II. The image areas A and C, on the other hand, are only transmitted from the imaging channel assigned to the imaging element I or from the imaging channel assigned to the imaging element II. As a result, the central image area B is perceived as brighter by a user of the data glasses than the image areas A and C located at the edge. To avoid this, in the imaging device according to the invention, the image generator surfaces of the image generator elements 1 ₁ to 1 _{5 move} towards the edge of the Imaging element arrangement down. As in 9 is shown can be achieved in that all image sections A, B, C are transmitted via the same number of imaging channels, namely image section A via the imaging channels assigned to the imaging elements I and II, the image section B via the imaging channels assigned to the imaging elements II and III and the image section C via the imaging channels assigned in image generator elements III and IV. Each image section is thus transmitted via two imaging channels, so that each image section is perceived as equally bright by the user of the data glasses containing the imaging device.

Obwohl in den 5 bis 7 die Abbildungskanäle jeweils nur eine bildformende Fläche 9₁ bis 9₅ aufweisen, werden aus praktischen Gründen typischerweise mehrere bildformende Flächen pro Abbildungskanal vorhanden sein. Ein Ausführungsbeispiel für ein Prisma 3, wie es für eine Abbildungsvorrichtung einer Datenbrille Verwendung finden kann, ist in 10 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Bildgeber 1 sechs Bildgeberelemente 1₁ bis 1₆ auf, auf denen Ausgangs-Teilbilder mit teilweise überlappenden Bildbereichen des Ausgangsbildes dargestellt werden. Das Prisma weist eine Prismaeingangsfläche 25 auf, die den einzelnen Bildgeberelementen 1₁ bis 1₆ zugeordnete Teilflächen 25₁ bis 25₆ aufweist, die als bildformende Refraktionsflächen dienen. Weiterhin sind den einzelnen Bildgeberelementen 1₁ bis 1₆ Reflexionsflächen 27₁ bis 27₆ im Prisma 3 zugeordnet, die als bildformende Reflexionsflächen dienen. Über eine Prismaausgangsfläche 29, die den einzelnen Bildgeberelementen 1₁ bis 1₆ zugeordnete Teilflächen 29₁ bis 29₆ aufweist, welche jeweils als bildformende Refraktionsfläche dienen, erfolgt die Auskopplung aus dem Prisma 3 bzw. die Einkopplung in eine Brillenglaseingangsfläche des Brillenglases 5. Die den jeweiligen Bildgeberelementen 1₁ bis 1₆ zugeordneten refraktiven und reflektiven Flächen bilden jeweils einen Abbildungskanal, der dem entsprechenden Bildgeberelement zugeordnet ist.Although in the 5 to 7th the imaging channels each have only one image-forming area 9 ₁ to 9 ₅ , for practical reasons there will typically be several image-forming areas per imaging channel. An embodiment for a prism 3 How it can be used for an imaging device of data glasses is in 10 shown. In this exemplary embodiment, the imager 1 six image generator elements 1 ₁ to 1 ₆ , on which output partial images with partially overlapping image areas of the output image are displayed. The prism has a prism entrance surface 25th which has the individual image generator elements 1 ₁ to 1 ₆ assigned partial areas 25 ₁ to 25 ₆ , which serve as image-forming refraction surfaces. Furthermore, the individual imaging elements 1 ₁ to 1 _{6 are} reflective surfaces 27 ₁ to 27 ₆ in the prism 3 assigned, which serve as image-forming reflective surfaces. Via a prism exit surface 29 Which has the single imager elements 1 ₁ to 1 ₆ associated part surfaces 29 ₁ to 29 _6, each serving as an image forming refraction surface, the release from the prism is effected 3 or the coupling into a lens input surface of the lens 5 . The respective imaging elements 1 ₁ to 1 ₆ associated with refractive and reflective surfaces form each an imaging channel, which is associated with the corresponding imaging element.

Im Brillenglas 5 ist dann im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich ein einziger Abbildungskanal für alle Bildgeberelemente 1₁ bis 1₆ vorhanden, der im Wesentlichen dem Abbildungskanal entspricht, wie er mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist.In the lens 5 In the present exemplary embodiment, there is then only a single imaging channel for all imaging elements 1 ₁ to 1 ₆ , which essentially corresponds to the imaging channel as described with reference to FIG 1 has been described.

Um möglichst viel Spielraum bei der Korrektur der Abbildung zu haben, sind die bildformenden Flächen 25₁ bis 25₆, 27₁ bis 27₆ und 29₁ bis 29₆ als Freiformflächen ausgebildet, die der nachfolgenden Gleichung genügen: $z = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) \cdot c^{2} \cdot r^{2}}} + \sum_{i = 1}^{N} A_{i} (x, y) mit r^{2} = x^{2} + y^{2}$

In order to have as much leeway as possible when correcting the image, the image-forming surfaces 25 ₁ to 25 ₆ , 27 ₁ to 27 ₆ and 29 ₁ to 29 _{6 are designed} as free-form surfaces that satisfy the following equation:

z = \frac{c \cdot r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) \cdot c^{2} \cdot r^{2}}} + \sum_{i = 1}^{N} {A.}_{i} (x, y) With r^{2} = x^{2} + y^{2}

Hierbei steht c für die Krümmung und k für die Konizität einer Fläche. Mit A_i werden die Koeffizienten der Freiformfläche bezeichnet, mit x und y die Flächenkoordinate in einem kartesischen Koordinatensystem. Je Kanal gibt es in dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei refraktive Flächen 25₁ bis 25₆ und 29-1 bis 29-6 sowie eine reflektive Fläche 27₁ bis 27₆. Die Eintritts- und Austrittsflächen 25 und 29 des Prismas 3 liegen jeweils nahe beieinander, so dass die sechs Abbildungskanäle als Spritzgussteil in einem Stück gefertigt werden können. Die Bildgeberanordnung 1 kann wie bereits erwähnt aus einer Anzahl von Bildgeberelementen 1₁ bis 1₆ oder einem großen Bildgeber, bei dem die Ausgangs-Teilbilder auf unterschiedlichen Bildgeberbereichen abgebildet werden, bestehen.Here c stands for the curvature and k for the conicity of a surface. A _i denotes the coefficients of the free-form surface, and x and y denote the surface coordinates in a Cartesian coordinate system. For each channel in the in 10 The exemplary embodiment shown has two refractive surfaces 25 ₁ to 25 ₆ and 29-1 to 29-6 and one reflective surface 27 ₁ to 27 ₆ . The entry and exit surfaces 25th and 29 of the prism 3 are close to each other, so that the six imaging channels can be manufactured as an injection-molded part in one piece. The imager arrangement 1 as already mentioned of a number of imaging elements 1 ₁ to 1 ₆ or a big picture encoder in which the output partial images are imaged at different imaging areas exist.

Die vorliegende Erfindung wurde zu Erläuterungszwecken anhand von Ausführungsbeispielen im Detail beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass er im Rahmen der vorliegenden Erfindung von den beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichen kann. Zum Beispiel kann er eine andere Anzahl von Bildgeberelementen und Abbildungskanälen vorsehen oder eine andere Anzahl von bildformenden Flächen pro Abbildungskanal. Die vorliegende Erfindung soll daher nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.The present invention has been described in detail for explanatory purposes using exemplary embodiments. However, a person skilled in the art recognizes that within the scope of the present invention he can deviate from the exemplary embodiments described. For example, it can provide a different number of imaging elements and imaging channels or a different number of image-forming areas per imaging channel. The present invention is therefore not intended to be restricted to the exemplary embodiments, but only by the appended claims.

Claims

Imaging device for data glasses for generating a virtual image from an output image, which is divided into at least two output partial images, the imaging device comprising: an imaging element arrangement (1) with a number of imaging elements (1 ₁ to 1 ₆ ) on which one corresponding number of output partial images is displayed, - a number of imaging channels corresponding to the number of image generator elements (1 ₁ to 1 ₆ ), each having at least one image-forming reflection surface (27 ₁ to 27 ₆ ) and / or at least one image-forming refraction surface (25 ₁ to 25 ₆ , 29 ₁ to 29 ₆ ), each of the imaging channels being assigned to one of the imaging elements (1 ₁ to 1 ₆ ) and transmitting one of the output partial images, and a spectacle lens (5) common to all imaging channels, via which the Imaging channels are directed in the direction of a viewer's eye, the image-forming reflective surfaces (27 ₁ to 27 ₆ ) and / or refraction surfaces (25 ₁ to 25 ₆ , 29 ₁ to 29 ₆ ) of the imaging channels are surfaces of a prism (3) arranged on the spectacle lens (5).

Imaging device according to Claim 1 , the output partial images of at least two image generator elements (1 ₁ to 1 ₆ ) representing image details of the output image with partially overlapping image areas, the overlapping image areas being transmitted via at least two different imaging channels.

Imaging device according to Claim 2 , wherein the image generator elements (1 ₁ , 1 ₅ ) located at the edge of the image generator element arrangement (1) have a smaller image generator area and represent smaller image sections of the output image than image generator elements (1 ₃ ) further in the center of the image generator element arrangement (1).

Imaging device according to one of the Claims 1 to 3 , wherein a central image generator element (1 ₃ ) is present, which represents the entire output image as an image section.

Imaging device according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the imaging element arrangement (1) is formed by a number of separate imaging devices (1 ₁ to 1 ₆ ), each of the separate imaging devices (1 ₁ to 1 ₆ ) forming an imaging element of the imaging element arrangement (1).

Imaging device according to one of the Claims 1 to 4th wherein the image generator element arrangement (1) is formed by a single image generator and the image generator elements are image generator areas of the image generator, on each of which a different one of the output partial images is displayed.

Imaging device according to one of the Claims 1 to 6th wherein - the prism (3) comprises a prism input surface (25) facing the imaging element arrangement and a prism output surface (29) facing a spectacle lens input surface of the spectacle lens and - the imaging channels are coupled out of the prism via the prism output surface (29) and into the spectacle lens ( 5) can be coupled.

Imaging device according to Claim 7 , wherein each imaging channel comprises a section (25 ₁ to 25 ₆ ) of the prism input surface (25) and a section (29 ₁ to 29 ₆ ) of the prism output surface (29) as image-forming refraction surfaces and for each imaging channel one between its section (25 ₁ to 25 ₆ ) the prism input surface (25) and its section (29 ₁ to 29 ₆ ) of the prism output surface (29) located image-forming reflection surface (27 ₁ to 27 ₆ ) is present.

Imaging device according to Claim 8 wherein each imaging channel also includes a portion of the lens input surface as an image-forming refraction surface.

Data glasses with an imaging device according to one of the Claims 1 to 9 .

Method for generating an image from an output image in data glasses which use an imaging device according to one of the Claims 1 to 9 comprises, wherein the output image is divided into a number of output partial images and, in order to generate the virtual image, each of the output partial images is transmitted via its own imaging channel formed in the prism (3).

Procedure according to Claim 11 , wherein at least two output partial images represent image sections of the output image with overlapping image areas, so that the overlapping image areas of the image sections are transmitted via at least two different imaging channels.

Procedure according to Claim 12 , with output partial images located at the edge of the output image representing smaller image sections of the output image than output partial images located further in the center of the output image.

Procedure according to Claim 13 , whereby a central output partial image represents the entire output image as an image section.